一种氧化锆或氧化锆基复合材料的低温快速焊接方法
【技术领域】
[0001]本发明属于氧化锆或氧化锆基复合材料焊接技术，具体涉及一种氧化锆或氧化锆基复合材料的低温快速焊接方法，在500-1200°C温度范围内，在临界电流密度(实现材料之间快速焊接所需的最小电流密度)辅助下实现材料之间快速焊接的方法。
【背景技术】
[0002]近半个世纪以来，随着对陶瓷材料理论研究的深入和开发利用，以Zr02陶瓷为代表之一的高性能结构陶瓷在工程技术领域中越来越受到重视。氧化锆(Zr02)陶瓷是二十世纪七十年代发展起来的一类具有很大应用前景的新型结构陶瓷，因为其具有优良的力学性能及耐高温、耐腐蚀性，所以倍受海内外学者的瞩目。同时，虽然氧化锆或氧化锆基复合材料具有高强度、高韧性等优良性能，但其低温和高温性能仍然不能满足当前需要，而复合化是改善其性能的有效途径之一，即向氧化锆基体中添加颗粒、晶须或片晶，利用其与基体的作用机制实现性能改善，从而形成了一系列氧化锆基复合陶瓷材料。另外，自1975年Ganrie Hannik和Pascoet发现Zr02陶瓷相变增韧特性以来，以ZrO 2为增韧剂的复合材料也得到了空前的发展。
[0003]不但在结构陶瓷领域倍受青睐，氧化锆或氧化锆基复合材料还被广泛应用于压电元器件、陶瓷电容器等功能陶瓷领域。
[0004]目前关于氧化锆或氧化锆基复合材料材料焊接的研究大多是在一定的高温(多 1200 °C )下进行的，文献“Microstructure and mechanical ProPertiesof suPerPlastically joined yttria-Partially-stabi1ized zirconia(Y-PSZ)ceramics [J].Journal of the EuroPean Ceramic Society 2000，20:147—151.，，报道了一种在1400°C下通过塑性变形实现氧化锆或氧化锆基复合材料之间的焊接，该方法的实质是在一定的高温下通过离子的热扩散实现陶瓷之间的焊接。有时为了降低焊接温度通过加入一定的中间层进行扩散焊或钎焊，文献“Joining of Zirconia-to-ZirconiaUsing Ca0-Mg0-Si02-Al203Glasses [J].Journal of the Ceramic Society of Japan1996，104[4]:345-347” 报道了采用 Ca0-Mg0_Si02-Al203玻璃作为中间层，在 1250 °C 和1350°C进行扩散焊接。这些方法不但焊接温度高，并且需要的时间长(多1小时)。文献“Electric field assisted bonding of ceramics[J].Materials Science andEngineering A, 2000, 287:159 - 170.”采用了电场辅助下的焊接，但由于其采用的电流/电压小，没有达到临界值，所以其焊接行为与普通的没有电场辅助的焊接类似，仍然需要在较高的温度(彡1200°C )和较长时间(彡1小时)下进行。
【发明内容】
[0005]要解决的技术问题
[0006]为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种氧化锆或氧化锆基复合材料的低温快速焊接方法，通过在一定压强下(彡0.5MPa)，500-1200°C温度范围内，给样品施加临界值以上的电流密度，实现氧化锆或氧化锆基复合材料之间的快速焊接。
[0007]技术方案
[0008]—种氧化错或氧化错基复合材料的低温快速焊接方法，其特征在于步骤如下:
[0009]步骤1:将烧结致密的氧化锆或氧化锆基复合材料表面抛光；
[0010]步骤2:将需要焊接的氧化锆或氧化锆基复合材料表面紧贴在一起，施加0.1MPa以上且低于氧化锆或氧化锆基复合材料的抗压强度，即施加的压力大小等于抗压强度乘以焊接面积；
[0011]步骤3:加热到焊接温度为500°C彡T彡1200°C ；
[0012]步骤4:在被焊接的部位上施加一个不小于临界值的电流密度的电流；并保持不小于30s的时间，完成氧化锆或氧化锆基复合材料的焊接；所述不小于临界值的电流密度的电流为:不小于临界值的电流密度乘以需要焊接的面积等于操作时所施加的电流值。
[0013]所述步骤4中临界值的电流密度J = 568-0.464T，其中J表示临界电流密度，单位为mA/mm2;T表示焊接温度，单位为°C。
[0014]所述步骤3中的加热方式采用辐射加热、激光加热或烧结炉加热，或采用其他加热方式。
[0015]所述步骤1中表面抛光至1 μπι以下。
[0016]有益效果
[0017]本发明提出的一种氧化锆或氧化锆基复合材料的低温快速焊接方法，依据在于，氧化锆或氧化锆基复合材料之间可以通过扩散进行质量传递，进而形成材料之间的扩散连接。当氧化锆或氧化锆基复合材料中通过的电流密度大于某临界值时可以在材料中实现快速传质。本发明采用临界电场辅助的方法，在500°C到1200°C温度范围、临界电流密度以上，通过施加预设压力，实现氧化锆与氧化锆、氧化锆与氧化锆基复合材料或氧化锆基复合材料与氧化锆基复合材料之间的快速焊接。
【附图说明】
[0018]图1:本发明所涉及的氧化锆或氧化锆基复合材料焊接示意图
[0019]图2:氧化错陶瓷在700°C、电流密度为350mA/mm2条件下经过lOmin焊接所得样品的扫描电镜(SEM)照片。
[0020]图3:氧化错陶瓷在700°C、电流密度为450mA/mm2条件下经过lOmin焊接所得样品的扫描电镜(SEM)照片。
【具体实施方式】
[0021]现结合实施例、附图对本发明作进一步描述:
[0022]实施例1:
[0023]步骤1:将烧结致密的氧化锆或氧化锆基复合材料表面抛光至1 μπι以下；
[0024]步骤2:将需要焊接的氧化锆或氧化锆基复合材料表面紧贴在一起，施加3MPa的压强，即施加的压力大小等于抗压强度乘以焊接面积；
[0025]步骤3:加热到焊接温度为700°C ;所述加热方式采用辐射加热、激光加热或烧结炉加热，或采用其他加热方式
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